变压器的结构及工作原理 (2)ppt课件.ppt
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1、 什么是脉冲调宽制?写出脉冲调制信号的数学表达式, 并画出其波形。 脉冲调制是指用脉冲作为载波信号的调制方法。在脉 冲调制中具有广泛应用的一种方式是脉冲调宽。 59 U 调制信号 脉冲调宽信号 t x o x T B t o 脉冲调宽信号的波形: T脉冲周期(不变),等于载波频率的倒数。 B脉冲宽度(变化),为调制信号x的线性函数。 60 1. 参量调宽 3.4.1 脉冲调制原理及方法 3.4.1.3 电路调宽 R4 R3 VD1 R2 R6 VD2 RP C uc uo VS R5 - + + N R1 =常数差动传感器 周期不变 充电时间 放电时间 输出脉冲信号的频率不变,占空比随传感器电
2、阻R2R3变化。 61 2. 电压调宽 3.4.1.3 电路调宽 uc u R3R4 C R 2 R R1 ux VS uo u+ - + + N (1) 若ux0,则u+大 : uo=Ur,C充电时间长; uo=-Ur,C放电时间短。 即输出脉冲占空比大。 (2) 若ux,通常 至少要求c10。这样,解调时滤波器能较好地 将调制信号与载波信号分开,检出调制信号。若被 测信号的变化频率为0-100Hz,则载波信号的频率 c1000 Hz。调幅信号放大器的通频带应为900- 1100 Hz。信号解调后,滤波器的通频带应100 Hz ,即让0-100Hz的信号顺利通过,而将900 Hz以上 的信号
3、抑制,可选通频带为200 Hz。 63 相敏检波电路与包络检波电路在功能、性能与在电路构成 上最主要的区别是什么? 相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要的区别是 相敏检波电路能够鉴别调制信号相位,从而判别被测量变化 的方向。 在性能上最主要的区别是 相敏检波电路具有判别信号 相位和频率的能力,从而提高测控系统的抗干扰能力。 从电路结构上看,相敏检波电路的主要特点是,除了所 需解调的调幅信号外,还要输入一个参考信号。有了参考信 号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与 所需解调的调幅信号具有同样的频率,采用载波信号作参考 信号就能满足这一条件。 64 从相敏检波器的工作机理说明为
4、什么相敏检波器与调幅电 路在结构上有许多相似之处?它们又有哪些区别? 只要将输入的调制信号乘以幅值为1的载波信号就可以得到 双边频调幅信号。若将再乘以,就得到 利用低通滤波器滤除频率为和的高频信号后就得到调制信号, 只是乘上了系数1/2。这就是说,将调制信号ux乘以幅值为1的载波 信号就可以得到双边频调幅信号us,将双边频调幅信号us再乘以载 波信号,经低通滤波后就可以得到调制信号ux。这就是相敏检波电 路在结构上与调制电路相似的原因。 相敏检波器与调幅电路在结构上的主要区别是调幅电路实现低频 调制信号与高频载波信号相乘,输出为高频调幅信号;而相敏检波 器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘,经
5、滤波后输出低频解调 信号。这使它们的输入、输出耦合回路与滤波器的结构和参数不同 。 65 开关式全波相敏检波电路 66 全波精密检波电路 67 精密整流型全波相敏检波电路 68 P93 脉宽调制电路 电容C在两个半周期通过不同的电阻进行充电,充电时间常数不同,从而输 出信号的占空比随着两支充电回路的阻值而变化,即输出信号的脉宽受被测信 号调制。 Rp2和Rp3为差动电阻传感器的两臂,其和为一常量。 69 第4章 信号分离电路 4.1 滤波器基本知识 4.2 RC滤波电路 4.3 集成有源滤波器 4.4 跟随滤波器 作用:选择频率的作用。提取有用的测量信号, 滤除噪声和无用信号。 70 1、4种
6、常的波器及示意、性能。 2、 函数的定,由 函数我可以得到波器 的幅和相特性。 3、波器特性的逼近:有哪几种逼近方法,什么候 采用什么的逼近方法? 4、二阶有源滤波器的分类,结构,会推导其传递函数,并根 据其获得特征参数kp,w0,等。 5、会设计有源滤波器。 重点:模拟滤波器的传递函数与频率特性;压控电 压源型滤波电路;无限增益多路反馈型滤波电路; 有源滤波器设计。 第4章 信号分离电路 71 4.1.1 滤波器的类型 1. 按处理信号形式分:模拟滤波器和数字滤波器。 2. 按功能(频率)分:低通、高通、带通、带阻滤波器。 3. 按电路元件分:LC无源滤波器、RC无源滤波器、由特 殊元件构成
7、的无源滤波器、RC有源滤波器。 4. 按微分方程(传递函数)的阶数分:一阶滤波器、二阶滤 波器、高阶滤波器。 4.1 滤波器基本知识 第4章 信号分离电路 72 低通: 高通: 带通: 带阻: 二阶有源滤波器二阶有源滤波器 73 4.1.4.1 巴特沃斯逼近: 这种逼近的基本原则是使幅频特性在通带内最为平坦, 并且单调变化。其幅频特性为 4.1.4 滤波器特性的逼近 74 4.1.4 滤波器特性的逼近 0.5 1.0 /0 n=2n=4n=5 12 0 a)幅频特性 1 -180 /0 n=5 n=4n=2 -360 2 0 b)相频特性 图4-7 三种巴特沃斯低通滤波器频率特性 75 4.1
8、.4.2 切比雪夫逼近: 这种逼近方法的基本原则是允许通带内有一定的波动量 Kp。其幅频特性为 4.1.4 滤波器特性的逼近 4.1.4.3 贝赛尔逼近: 这种逼近与前两种不同,它主要侧重于相频特性,其 基本原则是使通带内相频特性线性度最高,群时延函数最 接近于常量,从而使相频特性引起的相位失真最小。 76 4.1.4 滤波器特性的逼近 /00 0.5 12 巴 贝切切 1.0 -180 -360 12 贝 巴 切切 /0 0 图4-8 四种五阶低通滤波器频率特性 24680 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 t/t0 巴贝 切 uo(t)/ui 图4-9 三种二阶低通滤 波器阶跃响应
9、77 4.2.2 压控电压源型滤波电路(同相放大器) 4.2 RC滤波电路 uo(t) Y2Y1 Y4 Y3 Y5 R0 R ui(t) + - + N 78 压控电压源型滤波器的特点 元件数目少 对运放理想程度要求不高 结构简单 增益和截止频率独立,调 整方便() 正反馈,稳定性差() uo(t ) Y2Y 1 Y4 Y3 Y5 R 0 R ui(t) + - + N 79 4.2.3 无限增益多路反馈型滤波电路(反相放大器) 4.2 RC滤波电路 - + + N Y4 Y1 Y3 Y2 Y5 R ui(t) uo(t) 80 4.2.5 RC有源滤波器设计 有源滤波器的设计主要包括以下四个
10、过程: 确定传递函数(应用特点确定、阶数) 低通、高通、带通、带阻 特征频率:固有频率、转折频率、截止频率 巴特沃斯、切比雪夫、贝赛尔逼近 选择电路结构(特性要求、低灵敏度) 压控电压源、无限增益多路反馈、双二阶环 选择有源器件(器件特性、噪声、Ri、Ro ) 计算无源元件参数(预设、先C后R) 81 * 4.2.5.4 无源元件参数计算 1在给定转折频率fc下,参考表4-2选择电容C1; 2计算电阻换标系数:K=100/fc C1 (C1单位为F) ; 3由KP查表 (由类型决定)确定C2及归一化电阻值ri; 4计算电阻实际值:Ri=Kri ; 5确定电阻标称值。 4.2.5 RC有源滤波器
11、设计 fc/Hz100k C1/F100.1 0.10.0 1 0.010.00 1 (1000100)10-6(10010) 10-6 表4-2 二阶有源滤波器设计电容选择用表 82 83 84 第5章 信号运算电路 作用:实现各种数学运算,如表面粗糙度测量。 5.1 比例运算放大电路 5.2 加法、减法运算电路 5.3 对数、指数和乘、除运算电路 5.4 微分、积分运算电路 5.5 常用特征值运算电路 5.6 函数性运算电路 85 1. 利用反相加法运算电路实现减法运算 5.2 加法、减法运算电路 5.2.3 减法运算电路 - + N2 + R 1 uo R 2 ui1 Rf ui2 -
12、+ N1 + uo1 R 1 R 3 R =R1/2 R =R2/R3/Rf 2. 利用单一运放差分输入实现减法运算 86 四、乘方和立方运算电路 图 平方运算电路 将相乘运算电路的两个输入端并联在一起就是乘方运算电路,电路 如左图所示。立方运算电路如右图所示。 图 立方运算电路 87 五、除法运算电路 除法运算电路如图所示, 它是由一个运算放大器和一个 模拟乘法器组合而成。根据运 放虚断的特性,有 图 除法运算电路 如果令K= R2 / R1则 88 七、开立方运算电路 图为开立方运算电路, 根据电路有 当uI为正值时,uO为负值,当uI为负值时,uO为正值。 图 开立方电路 3 O 2 O
13、O1O2 =uKuKuu 3 X 2 1 2 O =u KR R u - u 2 O2 1 X RR u -= 2 OO1 Kuu = 89 90 折线法电路原理 R1 R6R5 R3R4 R2 RF - + Uo Ui VD3 VD1VD2 +UR L M N U O o Ui A B C 91 第6章 信号转换电路 6.1 模拟开关 6.2 采样保持电路 6.3 电压比较电路 6.4 电压频率转换电路 6.5 电压电流转换电路 6.6 模拟数字转换电路 92 (三)多路模拟开关 逻辑电平转换电路 图 CD4051原理图 组成:译码器+多路 双向模拟开关 93 例:用CD4051设计一程控放
14、大电 路 94 95 基本组成: 1. 模拟开关 2. 存储电容 3. 缓冲放大器 6.2 采样保持电路 6.2.1 6.2.1 基本原理基本原理 当Uc=“1”时,S接通,ui向C充电,输出跟踪模拟输入 信号变化采样阶段(uo=uc=ui)。 - + N1 + - + N2 + ui uo Uc C S uc 当Uc=“0”时,S断开,uo保持S断开瞬间的输入信号值 保持状态(uo保持uc值)。 96 6.3.1 6.3.1 电平比较电路电平比较电路( (单门限电平单门限电平) ) 6.3.1.1 6.3.1.1 差动型电平比较电路差动型电平比较电路 Uo ui uiUR o UR 当uiU
15、R时,Uo为低电平“0”; 当ui=UR时,比较器翻转。 Uo=UR-ui 当UR=0时为过零比较器,又称鉴零 器。如正弦波经过鉴零器后变为方波。 -1 +1 ui UR # Uo 97 6.3.2 6.3.2 滞回比较电路滞回比较电路( (正反馈,两个门限电平正反馈,两个门限电平) ) Uo ui o U1 U2 设输出高低电平分别为UoH、UoL,则两个门限电平分别为: 滞后电平: Uo -1 +1 ui UR # R1 R2 R 调节R1或R2可调节滞后电平,使 稍大于的干 信号un,可消除“振”象。uiU2时Uo=UoL,U1Ib运放的输入偏置电流。 100 6.5.1 I/V6.5.
16、1 I/V转换电路转换电路 2. 同相输入型 要求: R4=R2/R3(R2和R3由i与uo的范围确定) uo - + N + UbR3 R1 i R4 R2 ui 例: 420mA 010V 取R1=250,i = 420mA ui=15Vuo=010V , , , , 101 6.5.1 I/V6.5.1 I/V转换电路转换电路 例:420mA 05V uN=uP=iSR uo - + N +RR1 iS R6 R2 +15V C uP uN R4 R5 R3 RP Rf VS Uf 取 , , , 调RP使Uf=7.53V,则uo=312.5426iS-1.250 05V 102 6.5
17、.1 I/V6.5.1 I/V转换电路转换电路 例:420mA 05V uN=uP=iSR uo - + N +RR1 iS R6 R2 +15V C uP uN R4 R5 R3 RP Rf VS Uf 取 , , , 调RP使Uf=7.53V,则uo=312.5426iS-1.250 05V 103 6.5.2 V/I6.5.2 V/I转换电路转换电路 1. 1. 运放构成的运放构成的V/IV/I转换电路转换电路 要求:R3RL R4R7+RL 取R1=R2,R3=R4,uNuP, V1 - + N + ui R3 R1 R4 R2 R5 uN uP Ub V2 +E R6 R7 RL i
18、o 104 6.5.2 V/I6.5.2 V/I转换电路转换电路 例:010V 010mA 取 R1=R2=100k, R3=R4=20k, R7=200, Ub=0,则 例:010V 420mA 取 R1=R2=100k,R3=R4=20k, R7=125,Ub=-2.5V,则 V1 - + N + ui R3 R1 R4 R2 R5 uN uP Ub V2 +E R6 R7 RL io 105 * A/D转换的三个阶段:采样、量化和编码 6.6.1 A/D6.6.1 A/D转换器转换器 6.6.1.1 6.6.1.1 基本原理基本原理 采样:在时间上离散,用模拟信号与脉冲序列相乘实现。 量
19、化:在幅值上离散,利用四舍五入规则,用有限个量 化值来代替采样值,量化值与采样值之差称为量 化误差,最大量化误差=LSB/2。 编码:编码与量化同时完成,通常用二进制码表示,即 106 1.D/A转换器的基本原理 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量 ,然后将代表各位的模拟量相加,所得的总模拟量就与数字量 成正比,这样便实现了从数字量到模拟量的转换。 基本原理基本原理 6.6.2 D/A6.6.2 D/A转换器转换器 6.6.2.1 D/A6.6.2.1 D/A转换器的基本原理与转换特性转换器的基本原理与转换特性 107 2. T形R-2R电阻网络电路 A1An各点向右看等效
20、电阻均为R,IR=UR/R。 电阻种类少,只有R和2R,提高了制造精度;而且支路电流流入求和点不存 在时间差,提高了转换速度。 108 试述在S/H电路中对模拟开关、存储电容及运算放大器这三 种主要元器件的选择有什么要求。 选择要求如下: 模拟开关:要求模拟开关的导通电阻小,漏电流小,极间电容小和切换速 度快。 存储电容:要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。 运算放大器:选用输入偏置电流小、带宽宽及转换速率(上升速率)大的 运算放大器;输入运放还应具有大的输出电流。 109 如果要将420mA的输入直流电流转换为010V的输出直流电压, 试设计其转 换电路。 该转换电路如图X6-3所示。
21、根据图X6-3电路,有 R3 - + + N uo R1 R2 R4 i ui Ub 图X6-3 取R1=250,当i=4mA时,ui=1V,当i=20mA时, ui=5V。 因此要求 110 试分析图6-36中各电路的工作原理,并画出电压传输特性曲线 。 图6-36 题6-5图 a)b) - + + N R1 R2 R3 uo ui UR VS1VS2 - + + N R1 R2 R3 uo ui UR VS VD1 VD2 R 此电路为一施密特电路。比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值UZ、-UZ,因此 运算放大器同相端两个门限电压为: 当ui UR时,VD1导通,运算放大 器输出负向
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